大学化机专业 ,获学士学位 , 现为华东石油大学化机专业在 作 ,任钳工车间主任 、 工程师 ,已发表论文 1 篇 。
复杂 ,安装困难。有的用户根本不冲洗 ,但无论是 泄漏量还是使用寿命都不理想。这种情况下往往 求助于波纹管密封。在密封压盖处注入低压蒸汽 , 一方面起冷却密封的作用 ,另一方面 ,泄漏出来的 重油 (或渣油) 用蒸汽吹走 ,以防止堵塞波纹管。由 图 2 可见 ,从密封端面泄漏出来的介质仍然沉积在 波纹管的波谷内 ,时间久了 ,使波纹管失弹。
线膨胀系数不同 。这种情况下 ,若镶嵌紧力太小 , 高温下密封环松动 ; 若镶嵌紧力过大 ,容易造成密 封面变形 ,这样势必导致高温下密封失效 。因此 , 环座和密封环的联接是波纹管密封的另一个难 题 。有的厂商在密封环和环座之间加了密封圈和 传动销 ,虽然联接的问题解决了 ,但带来的是密封 结构复杂 、 轴向尺寸加大 、 波纹管组件的质量加 大、 波纹管组件的密封端面下沉 、 对密封性有不良 影响 , 尤其是对直径较大的密封这种影响更大 。 此外 ,在镶嵌密封环时 ,在结合面处任一零件的加
据统计 ,因波纹管堵塞而失效的密封占故障 总数的 60 % 左右 , 其中静止式波纹管密封较严 重 ,旋转式密封较轻 。值得指出的是吹扫蒸汽量 (或压力) 相当大时才能起到应有的作用 , 这就出 现了另一个问题 ,吹扫蒸汽窜入轴承箱中 ,使润滑 油带水 。简而言之 , 吹扫蒸汽量在实际操作中很 难控制 ,它并没有起到预期的效果 ,导致波纹管密 封在 “三底泵” 上的使用效果并不好 , 泄漏出来的 油附着在泵的轴承箱和密封处 , 黑糊糊一片 。有 时还冒烟 ,即污染环境 ,又不卫生 。
现波纹管破裂 。波纹管为双层焊接金属的波纹 管 ,其材料为 NK30 ( 日本钢 号 ) , 相 当 于 Inconel 718 。为了改善波纹管的受力状态 , 延长使用寿 命 ,国外出现了非对称型波纹管 。所谓非对称型 波纹管就是相邻的波峰和波谷曲率半径不同 。受 力时波峰的曲率半径减小 、 波谷的曲率半径增大 ( 见图 1) ,因此应力沿波纹管断面较为均匀 。
质温度高 ,则先用蒸汽加热格兰 1～2min , 然后慢 慢打开泵入口阀 ,再启动泵 ,以使密封处在稳定的
纹管密封在应用中也存在一些不容忽视的问题 。 胜利炼油厂自 1993 年初开始在高温重油泵上试 用波纹管密封 , 经过近 10 年的实践 , 积累了一定 的经验 。
在该区域内的强度和耐腐蚀性均低于母材 , 波纹 管的焊接也不例外 。波纹管的工作条件是高温并 带一定的腐蚀性 ( 包括应力腐蚀 ) , 同时承受多种
式中 : pt —— — 轴封箱温度下介质饱和蒸汽压 ; ΔpV —— — 与汽化温差ΔtV 相当的蒸汽压增值 ; ΔpF —— — 与摩擦加热温差 Δt F 相当的蒸汽压 增值 。 c) 开泵时 ,若介质温度低 ,则正常操作 。若介
径 50mm 的波纹管焊缝长度不到 100mm 。而市场 上供应的折叠式波纹管 , 相邻的波峰和波谷形状 相同 , 曲率半径相等 , 故称为对称型波纹管 , 焊缝 完全是环向的 。直径 50mm 的波纹管焊缝长度达 几米 ,这就增加了焊缝开裂的可能性 ,使密封的可 靠性下降 。 112 关于波纹管堵塞问题 炼油厂中最难处理的是 “三底泵”即常压塔 , 底泵 ( 重油) 、 减压塔底泵 ( 渣油 ) 和催化分馏塔底 泵 ( 油浆 ) 。它们的共同点是温度高达 360 ℃～
Carpenter42 ,价格昂贵 。其缺点是耐腐蚀性不好 , 3 价格和成本问题
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380 ℃,含有固体颗粒并易结焦 。解决这类泵的密 封问题 ,常采用温度较低的 ( 100 ℃ 左右) 清洁油品
境。但若是在单端面密封上采用轻质油品冲洗 ,经 济上不划算。如果采用双端面密封 ,又会导致结构
因为其氧化膜和基体结合不牢 。从实际应用来 看 ,拆检下来的环座光亮如初 , 没有什么腐蚀 , 由 此可以断定环座是用不锈钢制造的 ,而不是 4J 42 。 于是可知 ,引起失效的主要原因是环座和密封环
得到沉淀硬化的不锈钢 。还要把波片的内外径节 点处逐片焊接起来 , 才能称为波纹管 。评价一种 产品不能单纯看价格 , 按单位费用的设备运转周 〔〕 1 期来衡量是合适的 。应以可靠性为首要指标 , 〔〕 1 同时参考其价格合理程度 。同样轴径的波纹管 密封价格为弹簧密封的 8 ～ 10 倍 , 与国外进口的 弹簧密封价格相当 。而可靠性方面 , 波纹管密封 比弹簧密封高不了多少 。以使用寿命为例 , 无论 是高温泵还是常温泵的波纹管密封寿命基本上在 8～ 10 个月 , 与弹簧密封的寿命接近 。炼油厂经 过几年的努力 , 在机泵轴封改造方面取得了显著 的效果 ,大大延长了密封的使用寿命 。例如 ,三底 泵、 轻烃泵等都在 5～6 个月 , 离心压缩机使用的 高速机械密封寿命达两个生产周期 ( 20 多个月 ) , 这些密封的泄漏量都在允许的标准以内 。该项成 果于 1989 年获得中国石化总公司科技进步二等 奖 ,国家科技进步三等奖 。这说明弹簧密封用好 了可以胜任炼油厂的各种工况 ,退一步说 ,如果波 纹管密封的使用寿命比弹簧密封长一倍 , 从单位 费用的运转周期考虑仍不划算 。保守的计算 , 平 均弹簧密封的使用寿命应为 5～6 个月 ,按单位费 用运转周期计算 ,波纹管的使用寿命应为 40～60 个月 。这样长的使用寿命 ,不用说国内 ,在世界范 围也是极为罕见的 。另外 , 造成机械密封发展迟 缓的原因 ,其中对机械密封辅助系统的开发和应 用是不可忽视的 ,尤其是高温泵 、 轻烃泵冲洗系统 的开发和应用相当落后 , 并且很难被用户接受 。
压力并传递扭矩 。波纹管的断面应力状态复杂而 不均匀 ,波片本身又很薄 ( 0115mm～ 0130mm) , 在
密封环和环座大都采用镶嵌结构 ( 见图 3 ) , 在镶嵌处要作到即能传递扭矩又有良好的密封 性 ,一般采用过盈配合 。这就要求环座和密封环 材料的线膨胀系数接近 ,以防高温下密封环松脱 。 普通不锈钢的线 倍 ,与 碳化钨 ( YG6 ) 和石墨的线 ,这是一种铁镍合金 ( 又称低膨胀合金 ) 。最 〔〕 2 高使用温度 370 ℃ ,线 ) ×1 0 / ℃ , 相 当 于 国 外 的
的滑动结构改为静密封结构 , 不仅消除了一个动 滞作用 ,波纹管具有较好的追随性 。这种密封是
美国一个厂商于 1957 年为美国航空航天管理局 (NASA) 研制开发的 , 两年后应用于工业领域 , 为 解决高温泵的轴密封问题开辟了一条新路 。现在 该技术日益成熟和完善 ,市场逐渐扩大 。但是 ,波
裂 。波纹管常用的材料 AM350 还有一个缺点 , 在 315 ℃ 以上长期使用时 , 由于金属间化合物不 断沉淀使材料变脆而容易开裂 。若干年前 , 炼油 厂从国外进口的高温泵配套的就是波纹管密封 ( 型号 EBU2604) ,使用几个月后密封泄漏 , 拆检发
) 降低泵内丙烯介质的温度 , 如增大冲洗液 a 孔、 增加壳体水套 、 格兰通上冷却水 。在塔与储存 罐之间增加中间冷却器的面积 , 同时改循环水冷 却为单线低温水冷却等 。如果介质温度高且降不 下来 ,则需要使用蒸汽 ,以提高端面温度 。 b) 提高整个系统的压力 , 从而提高轴封箱压 力 ,使轴封箱压力 ps 满足 :
: 分析了波纹管机械密封在使用中出现的问题 ,并针对提高机械密封的可靠性 ,降低成本等方面 摘 要 提出了几点看法 ,以期对密封研究 、 制造 、 使用者有所帮助 。 关键词 : 波纹管机械密封 ; 弹簧密封 ; 故障分析
从而大大降低了机械密封的使用寿命 , 如果机械 密封的辅助系统得到开发和应用 , 将会大大改善 机械密封的工作状态 , 延长使用寿命 , 提高可靠 性。 热裂 、 石墨碳化和辅助密封件为高温泵机械 密封的三大故障 ,现在使用的柔性石墨耐高温 、 耐 腐蚀性较好 , 但其回弹性差 , 而且易脆裂 , 安装时 〔〕 1 容易损坏 ,只有波纹管密封的辅助密封件才使 用柔性石墨 ,从这一点看不出波纹管有什么优势 。 此外 ,由于波纹管组件带一个密封环 ,如果密封环 是碳化钨制造的易热裂 , 如果是石墨制造的则易 磨损 。一个密封环造成波纹管组件报废要花几千 元 ( 波纹管组件价格占每套密封价格的 60 % ～ 80 %) 。而在弹簧密封中换一个石墨环仅几十元 钱 。这些费用如果进入维修成本 , 就不得不考虑 单位费用的设备运转周期 , 选择可靠性高的密封 就至关重要 。希望研究单位和制造厂针对波纹管 存在的问题开展工作 , 积极探索价格低又能胜任 工作条件的新材料和新结构 。克服现有的弊端 , 努力提高可靠性 , 把我国的机械密封技术提高到 一个新水平 ,更好地为生产服务 。 参考文献 :
焊接金属波纹管机械密封 ( 以下简称波纹管 密封) 是机械密封的一个分支 。它的出现比推压
式弹簧机械密封 ( 以下简称弹簧密封 ) 晚几十年 。 高温下弹簧密封的辅助密封圈多用聚四氟乙烯 ( PTFE) 制造 ,最高使用温度在 200 ℃ 左右 ,满足不 了高温泵密封的要求 。柔性石墨虽耐高温 , 但其 强度低 、 易破损 ,不能适应弹簧密封动环密封圈沿 轴向滑动的工况 。而波纹管密封则将辅助密封圈
